[發明專利]一種一體化航空電動燃油泵的容錯設計方法

在審

• 申請號: 202210685596.8
• 申請日: 2022-06-16
• 公開（公告）號: CN115898861A
• 公開（公告）日: 2023-04-04
• 發明（設計）人: 肖玲斐;王國強;孟祥碩;黃欣浩;葉志鋒
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: F04C2/14
• 分類號: F04C2/14;F04C11/00;F04C15/00;F04C14/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 吳旭

1.一種一體化航空電動燃油泵的容錯設計方法，其特征在于：包括以下步驟：

(1)雙從動輪齒輪泵提優設計：采用雙從動輪形式的外嚙合齒輪泵，并且根據“增一齒”方法進行變位齒輪的設計，在齒輪端面的浮動側板上開卸荷槽；

(2)可重構繞組五相容錯電機設計：選擇五相容錯永磁同步電機(FT-PMSM)為航空電動燃油泵的驅動電機，并通過可重構繞組設計技術，實現缺相情況下帶載能力不下降，提升五相容錯永磁同步電機(FT-PMSM)容錯能力；

(3)一體化連接與裝配設計：采用電機和泵軸向排列的形式，將其裝配。

2.根據權利要求1所述的一體化航空電動燃油泵的容錯設計方法，其特征在于：所述步驟(1)中，根據“增一齒”方法進行變位齒輪的設計的步驟為：

將航空用齒輪泵的齒數z改為z+1來計算變位后的中心距和齒頂圓大小，但不改變實際齒數；

齒輪參數計算公式如(1)所示：

其中，d為中心距，d_a為齒頂圓直徑，d_b為基圓直徑，d_f為齒根圓直徑，α為嚙合角，α_n為刀具角，ξ為變位系數，c_n為齒側間隙，m為齒輪模數。

3.根據權利要求1所述的一體化航空電動燃油泵的容錯設計方法，其特征在于：所述步驟(1)中，卸荷槽采用對稱雙矩形卸荷槽，尺寸計算公式如式(2)所示：

其中，a為兩卸荷槽的間距，m為齒輪模數，α_n為刀具角，α為嚙合角，c為卸荷槽最佳長度，h為卸荷槽深度，R為節圓半徑，R_f為齒根圓半徑。

4.根據權利要求1所述的一體化航空電動燃油泵的容錯設計方法，其特征在于：所述步驟(2)中，通過可重構繞組設計技術，實現缺相情況下帶載能力不下降，提升五相容錯永磁同步電機(FT-PMSM)容錯能力的步驟為：

當五相FT-PMSM的某一相發生故障，通過調整剩余健康相電流的相位和幅值，以保持故障前后圓形旋轉磁動勢不變，從而保證故障情況下電機系統的平穩運行；

因為五相容錯永磁同步電機(FT-PMSM)繞組空間結構的對稱性，各相開路故障的概率以及對電機運行工況的影響基本相同，所以設故障相為A相，當A相開路時，電壓和電流都被施加在其余各相之中，為了保證故障前后定子旋轉磁勢不變，需要：

其中，I_m和θ_e指代每相電流幅值和轉子電角度，i'_B，i'_C，i'_D，i'_E分別是故障后電機運行各相電流；

令式(3)中實部和虛部分別相等，有

因為五相容錯永磁同步電機(FT-PMSM)采用Y型連接，所以：

i'_B+i'_C+i'_D+i'_E＝0??????????????????????????(5)

由式(4)和(5)可知，三個方程中含有四個未知數，因而，由式(4)和(5)組成的方程組有無窮多組解，選取其中任意一組解，令除A相以外的四相電流保持對稱性，即令

i'_B＝-i'_D,i'_C＝-i'_E??????????????????????????(6)

根據五相容錯永磁同步電機(FT-PMSM)正常運行及A相故障后可重構繞組設計下的電流空間矢量分布，得到剩余四相電流的幅值和相位，即:

可見，當五相容錯永磁同步電機(FT-PMSM)缺A相運行時，按照式(7)控制定子電流，能使故障前后五相FT-PMSM平穩運行、磁動勢相同，帶載能力不下降；同理推導其它相發生故障的情況。

5.根據權利要求1所述的一體化航空電動燃油泵的容錯設計方法，其特征在于：所述步驟(2)中，采用電機和泵軸向排列的形式，電機和泵的傳動軸通過花鍵連接，齒輪泵的主動輪上下連接兩個從動輪，齒輪外通過端蓋進行封裝；電機的前端蓋以及齒輪泵的密封端蓋設計成二者連接的部件，在齒輪泵密封端蓋上開螺孔，用螺釘從電機前端蓋內側將二者連接在一起。